城市化是全球生物多样性丧失的主要原因。城市扩张通过消耗栖息地和改变生物地球化学和能量流动来改变区域生态过程。人口密集的城市往往会失去宝贵的城市内部绿地。尽管存在这些负面影响，但新型城市生态系统可以为城市居民提供丰富的生物多样性和重要的生态系统服务。认识到城市生态系统的好处，全球城市越来越多地规划城市绿色基础设施(UGI)。UGI作为一种规划概念，可以改变城市如何在多个尺度上将生物多样性融入城市化景观，并有助于实现保护目标。UGI概念的全面实施还可以通过用UGI取代污染技术来减少城市能源和资源需求，进一步促进全球保护议程。实现UGI对地方、区域和全球保护目标的潜在贡献需要解决四个相互依存的挑战:(1)扩展社会生态系统思维，包括复杂的社会、生态和技术系统(SETS)之间的联系;(2)明确解决多层次治理挑战;(3)采用set方法来理解影响城市中UGI与其他影响生物多样性的因果过程之间关系的环境和生物文化因素;(4)通过稳健的建模和设计方法使UGI系统运作。通过set方法改变UGI政策和研究，明确整合生物多样性，我们可以支持全球保护挑战，同时改善城市及其他地区的人类福祉。

　　生物多样性生态系统及其提供的生态系统服务在多个方面对人类福祉至关重要(MEA, 2005)，尤其是在城市(mcpherson et al. 2022)。持续的城市人口增长(联合国2019年)将增加城市生态系统及其提供的服务的重要性，包括维持和提高人类的生态意识(schwartz et al. 2012)。城市化是全球生物多样性下降的主要原因之一，随着城市的扩张，城市化往往导致土地利用的永久性变化，随着城市密度的增加，城市化往往导致城市内部绿地的丧失(Maxwell et al. 2016)。尽管城市地区生物同质化的总体趋势(Mckinney 2006)，但它们也是许多城市适应物种(如Apus Apus, Passer domesticus)生存所不可或缺的新型生态系统，包括稀有和濒危物种(Luna et al. 2018;mcpherson and Wijsman 2017)。城市生态系统还调节城市工业和居民所需的全球商品流动，如原材料、燃料、食品和消费品(Weidner et al. 2019)，大多数城市居民没有直接感受到这些影响(Liu et al. 2003)。生物多样性城市生态系统作为城市绿色基础设施(UGI)系统的关键组成部分，直接或间接地支持从地方到全球范围的生物多样性保护目标。扩大生物多样性UGI的可操作研究项目，这里将其定义为一个整合了建筑和生态系统的生命系统，以支持社会福祉和健康(由Pauleit等人2019年，Matsler等人2021年，Grabowski等人2022年合成)，成为转变城市和区域规划以支持全球生物多样性保护和实现生物多样性公约(CBD) 2050年目标的关键工具。《生物多样性公约》目标包括解决生态完整性和连通性的目标A、关于人人享有自然惠益的目标B、关于需要解决实现2050年愿景的财政和实际障碍的目标D，以及旨在将生物多样性价值充分纳入多尺度和部门政策的行动目标14(《2021年生物多样性公约》)。在这里，我们提出了四个相互关联的领域，以支持推进生物多样性UGI的研究和实践，即克服研究和交流中的概念障碍，解决多标量治理挑战，支持情境和包容性应用，以及开发城市范围的模型和设计工具。

　　实现2050年生物多样性目标和所讨论的行动将需要了解UGI对生物多样性保护的多尺度和系统性贡献(图1)。政策整合反过来要求生物多样性UGI如何作为城市社会-生态-技术系统中的关键子系统发挥作用(SETS - Grabowski et al. 2022;mcpherson et al. 2022;Keeler et al. 2019;Tratalos et al. 2007)。这就需要理解并向不同的利益相关者传达由set相互作用调节的生物多样性UGI对城市生态系统服务的价值(mcpherson et al. 2022)，包括生物多样性对人类健康和福祉的贡献(Marselle et al. 2021)。在场地层面，建筑设计、场地特征和场地管理——包括生物威尔士、行道树、绿色屋顶、生态系统工程师(如海狸)的住所、兼性土壤和水文气象条件等元素——提供了栖息地的“构建块”，这些元素可以直接受到管理和设计决策的影响。虽然规模很小，但这些工程生态元素是UGI为城市自然提供积极体验的基础，加强了环境和地点特征，提供了一种品质感，并改善了环境绩效。然而，基地级生物多样性对当地条件高度敏感，包括重金属、杀菌剂、道路盐、径流和建筑材料等污染物(Huber etal . 2016, 2017;Galster和Helmreich 2022;Vega-Garcia et al. 2020)，以及小气候的剧烈变化(Rizwan 2008)。这些跨越城市边界的网络的质量和特征决定了它们提供的多种功能和效益，这些功能和效益可以对各种类群的场地条件产生正反馈，从而增强了城市范围内UGI的质量(Lepczyk et al. 2017)。生物多样性UGI也与区域生物多样性相互依存，例如，在德国发现的所有区域物种中，有近一半也可以在主要城市找到(Sweet et al. 2022)。此外，区域水质问题和水生生物多样性下降往往是由城市排水和废水系统造成的(Reid et al. 2019)。这意味着UGI调节了区域环境过程，减少或消除了污染物等环境压力源，改善了生态联系，这反过来又与区域物种多样性和环境基线产生了正反馈(Connop et al. 2016)。然而，这些空间尺度上的社会制度和关系是复杂的，往往是碎片化的，并受到已建成的基础设施系统的影响。其他环境与技术的联系确实是全球性的。目前的气候变化速度将给城市带来重大变化，认识到这一点，全球的城市都在尝试相对快速的大规模绿色转型。由于城市地区是温室气体的主要来源，UGI对城市系统的快速转变以及与之相关的能源、交通和制造系统的绿色化可以大幅减少排放，从而为更有效的适应赢得大量时间，这是一个潜在的双赢局面。虽然这些转变超出了我们传统上所认为的城市绿色基础设施，但解决UGI与无数基础设施的关系，将需要有效地设计和规划生物多样性的UGI网络。UGI还可以替代污染技术，降低全球对能源、资源和集约化农业生产的需求，从而减少对生物多样性的威胁。城市绿化还触及了人类对健康环境的深层需求，通过set方法理解和传达生物多样性UGI的价值，可以为人类与自然关系的更大转变建立社会支持。

　　图1

　　

　　生物多样性UGI与城市地区生物多样性增减的全球、区域、城市和场地层面驱动因素之间的关系，与2050年CBD生物多样性目标的相互作用，以及利用set克服概念障碍、在UGI的多标量治理机制中实施生物多样性、在不同背景下包容性地整合生物多样性UGI、开发城市尺度建模和场地设计工具的四个挑战

　　在多部门政策和计划中实施生物多样性UGI(生物多样性公约第14项行动)需要明确应对多标量治理的挑战。长期以来，现有的社会-生态系统方法一直试图理解生态系统与其治理社会系统之间的理想契合(Folke et al. 2007)。在城市中扩展到set框架需要了解有多少UGI所需的功能需要个人和城市机构之间的仔细协调和合作，以管理各种基础设施和城市生活的各个方面(Buijs等人，2019年，(mcpherson等人，2022年)。城市进行审慎转型的有效性取决于其及时解决复杂的多尺度治理问题的能力。

　　这样做会带来几个有据可查的挑战。许多城市绿地都是私人拥有和管理的(或者不是)，受到各种社会压力、市政法规的影响，并根据自己的能力、负担能力和文化偏好制定自己的偏好。这些私有土地的生物多样性直接受到市政拥有土地的管理方式及其与区域生态系统的关系的影响(Lepczyk et al. 2017)。在城市尺度上，协调和支持创建全市地理标志网络的市政政策可以显著改善生物多样性(Aronson et al. 2017)。市政和私人采用生物多样性UGI的关键似乎是证明成本效益，灰色基础设施系统的附加值，与生态伦理和理解的一致性，以及政治/监管的权宜之计。展示管理生物多样性的多重好处可以最大限度地与其他城市议程保持一致，以设计宜居城市。例如，将市政土地管理为生物多样性的野花草地和斑块，而不是经常修剪的草地，以减少成本、径流和温室气体排放，同时增加节肢动物和鸟类物种和群落的多样性和丰富度(Proske et al. 2022);设计生物多样性的绿色屋顶，增加隔热和雨水保留功能(Kabisch et al. 2022);种植不同的行道树，以减少病虫害和维护成本(d

　　mpelmann 2019);植被结构多样化的UGI增加了热舒适，降低了建筑能源成本，同时增加了物种多样性(Threlfall等，2017)。重要的研究还将生物多样性对城市居民健康的许多积极影响联系起来，尽管也要求在确定负面关系时要小心(Nazarian等人，2022)。

　　为了最大限度地发挥生物多样性UGI系统的功能，市政当局经常进行区域协调与合作，以创建与基础设施系统相结合的更大的土地网络(Connop et al. 2016)，包括城郊农业和旅游区(Rolf 2021)，以及供水和娱乐用地。这些系统是城市的生命支持系统，但在世界各地，许多城市居民使用这些系统的机会极不平等。分配不均需要解决权力在城市规划和设计过程中的作用，以及整合UGI密集城市结构的固有困难，通常需要创造性和小规模的干预措施，如生物威尔士、城市花园(Seitz et al. 2022)、绿色立面和屋顶，以及城市内较小的异质斑块或原始空间(Kennedy 2022)。set认为，支持众所周知的生态过程，如场地、斑块和走廊之间的生态连通性(Hardy et al. 2022)，需要将其他基础设施系统(如交通、街景和建筑)以及区域公园、开放空间系统和工作景观纳入规划和设计标准。确定并协调UGI与其他基础设施系统的功能和效益，以实现《生物多样性公约》目标D:克服生物多样性保护的实际和财政障碍。

　　set方法对于研究生态自组织如何适应复杂和镶嵌的治理制度也很有用。城市包含精心管理和设计的元素，如行道树和许多其他城市适应物种，对人类福祉和健康既有负面影响，也有积极影响(Dunn 2018;Marselle et al. 2021)。无论人类多么努力地试图控制城市生态系统，大自然总能找到适应和进化的方法，正如世界范围内侵略性入侵物种的扩散所证明的那样，这些物种往往是受干扰和污染地区最强大的物种(Kowarik 2008;Padayachee et al. 2017)。自组织的生态系统如何与社会对特定生态系统服务的需求相一致或冲突，以及社会如何分配城市空间的不同部分，是一个关键的研究领域。人类塑造城市自然以提供与环境相关的生态系统服务的能力面临着另一个挑战，即了解哪些物种和功能特征可以在高度变化的城市栖息地条件下茁壮成长。在这个问题上，允许自发产生的城市自然并从中学习是一个明显的前进方向，然而，也可能造成实际的或感知的生态损害，例如为被视为有毒杂草、害虫或疾病载体的物种提供栖息地(Marselle et al. 2021)。这些担忧不仅限于入侵物种，因为许多因某些美学或功能特征而被选择的物种也可能造成伤害和负面健康影响，如释放生物源性挥发性有机化合物或致过敏花粉(Calfapietra et al. 2013)。一些不利影响，如感知的过敏原性，可以通过与生物多样性的有益相互作用来调节，例如不同微生物群对人类健康和炎症反应的多重且知之甚少的积极健康影响(Dunn 2018;Marselle et al. 2021)。其他期望的服务，如水质调节和食品生产也可能受到污染历史的负面影响-将生态服务转变为健康风险(Wortman和Lovell 2013)。set明确指出，生物多样性UGI的规划必须考虑创造异质城市栖息地的力量平衡，同时解决多个交叉的公平问题，包括绿色高绅化，这些问题源于UGI、社会结构和技术基础设施之间的复杂相互作用(Grabowski等，2023)。通过考察其社会、生态和技术背景，可以理解生物多样性UGI提供的好处，以及因此支持将生物多样性纳入城市和区域地理标志法规和政策的私人土地，从而创建另一个主要的研究和政策重点领域。

　　尽管在2050年多个尺度上UGI和生物多样性之间存在公认的正反馈(图1)，但创建生物多样性UGI系统的主要挑战是城市环境主要是为人类设计的(Elmqvist et al. 2013;Lepczyk et al. 2017)。由于缺乏将生物多样性与UGI在研究、设计和维护中的预期功能和效益联系起来的明确研究，这一挑战变得更加复杂(Connop et al. 2016;Apfelbeck et al. 2020)。通过明确地将生物多样性保护作为UGI系统的目标，城市生态学家和保护主义者可以重新构建指导UGI演变的目标，将其作为相互依存和复杂的set基础设施的一部分(Grabowski等人，2017)。将生物多样性纳入城市规划和设计实践的现有途径包括景观美化、公园和开放空间规划、排水系统(Parris et al. 2018;Kirk et al. 2021;Grabowski et al. 2022)，以及将绿色元素融入建筑围护结构，例如ECOLOPES (Weisser et al. 2023)和动物辅助设计(Weisser and Hauck 2017)。虽然人们一直广泛支持一些城市生态元素，如行道树(d

　　mpelmann 2019)，但随着不同的发展和城市规划压力，对生物多样性的支持也在起起落落(Lachmund 2013)。鉴于全球数十亿城市居民不仅认识到而且经历了日益严峻的城市挑战，我们有一个关键的机会窗口，将生物多样性作为可持续和有弹性的城市议程的支柱之一。

　　为此，我们必须解决不同文化和社会背景下人类对城市生物多样性价值认知的差异(link 2020)，以及这种差异如何在地方监管环境中表现出来。例如，在德国，生物威尔士标准只包括少数分类群(DWA-A 138E 2005)，这与美国主流绿色雨水基础设施设计实践的情况类似(Gill et al. 2020)。就一个更“不受控制”或“更混乱”的城市性质达成社会协议，可能需要就生物多样性的价值进行广泛的宣传和沟通，并接受生物文化和土著知识和治理(Hall等人，2021;Tomateo 2021)。这样的拥抱需要我们在考虑自然时从“自然为人”转变为“自然和人”(Mace 2014)，或者从允许伤害到关系幸福。这种方法长期以来一直被生物文化保护的实践者所采用(例如，Rozzi等人，2006年)，最近在城市地区得到推广(Elands等人，2019年)。结合系统(set)和生物栽培方法需要在设计和规划过程中包括UGI的潜在受益者，以解决分配不平等问题(Grabowski等人，2023;Well and Ludwig 2021)。

　　包容性地规划生物多样性UGI还需要解决生物多样性的语境意义。生物多样性本身可以指不同分类群、生态元素的多样性和丰度，以及在特定城市环境中为文化目的共同进化的品种的遗传多样性(G?rg 2004)。这意味着生物多样性UGI研究和政策应解决基于地方的生态系统适应对当地知识的依赖(Elands等人，2019)，生态、分类和遗传多样性与所需生态系统服务之间的功能关系(Kremer等人，2016)，以及在UGI设计和管理中整合对微生物多样性的当代理解的必要性(Watkins等人，2020)。最后一点，明确理解微生物组在人类健康中的作用，包括不同类型的UGI、建筑材料和管理实践如何影响微生物多样性(Watkins et al. 2020)，打破了目前大多数关于城市生物多样性与人类福祉关系的概念。为了在不同尺度上实现对生物多样性和UGI之间的反馈和关系的理解，我们必须结合特定场地的设计工具，发展全市范围的建模能力。

　　目前，社会如何围绕生物多样性丧失和生物多样性UGI的更大全球驱动因素之间的反馈来想象和构建知识是最不清楚的(图1)。从这个意义上说，生活城市的概念及其与生物多样性UGI的关系必须超越以往通过城市生态研究解决城市弹性问题的方法(Pickett et al. 2004)。我们知道，全球气候变化将对城市生态系统产生深远的影响(Grimm et al. 2008)。我们也知道，我们对过去气候的了解不足以设计在未来条件下运行的系统(Kim et al. 2022)，而且我们历史上没有很好地规划城市基础设施，以应对相互依存的风险或规划、设计和维护之间的协同作用(Grabowski et al. 2017)。其中一些风险可以通过利用复杂的反馈和相互依赖关系来管理，例如，将生物多样性可持续城市排水系统纳入街景和公园，以增加土壤水分供应，以支持植物健康，特别是在干旱时期。此外，多层植被可能在面对极端风事件时提供更强的恢复力，以及更大的热缓解效应，而热缓解效应从根本上是由与建筑和街道几何形状、辐射平衡和小气候的关系驱动的(Rizwan et al. 2008)。这些复杂性同样可以通过开发特定于场地的设计策略来解决，这些策略可以在建模多样性如何影响特定环境下的功能时纳入积极反馈。明确解决生物多样性UGI如何影响城市set的模型需求，是当前城市生态系统服务研究的基础(mcpherson等人，2022)，也是慕尼黑工业大学绿色基础设施研究培训小组(http://k1.fpubli.cc/file/upload/202309/01/uoaso2thtnz)的明确研究议程。．

　　理解不同保护策略和全球保护目标之间的系统联系的总体挑战并非城市系统所独有。set视角可用于理解生物多样性、土地利用和管理、基础设施系统、社会条件和治理在许多情况下的多尺度关系。为了理解城市地理标志的贡献，它的应用应该与其他多尺度、公民科学和跨部门的监测和评估工作合作进行，以了解人类与自然关系和社会技术轨迹的更大范围转变的影响。通过全面和协作的评估工作，加上系统级的理解、模型和设计工具，将使研究和政策的持续转换和适应成为可能，从而研究在其环境中出现的成功方法。

　　UGI和set都为我们指出了一种不同的保护范式，在这种范式中，人类和自然并不相互对立，而是在不确定性的复杂相互依赖关系下共生运作。在这种模式下，我们的目标不是简单地减少和减轻人类的影响，而是在管理我们的破坏性和破坏性活动的同时，最大限度地创造积极的关系。面对日益严峻的挑战，全球城市对生活质量和改善人类健康的需求将在很大程度上由UGI满足。应抓住这一变革机遇，加强城市区域内的生物多样性，同时减少城市系统对全球的负面影响。

　　摘要

　　介绍

　　数据可用性

　　参考文献

　　致谢

　　作者信息

　　道德声明

　　相关的内容

　　搜索

　　导航

　　＃＃＃＃＃

　　下载原文档：https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/s10531-023-02614-x.pdf